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室内という、最も危険な感染ホットスポット

換気が不十分だと、室内にウイルス粒子が集積して感染リスクが高まるが、「十分な換気」の基準や効果的な換気方法については、まだ明確な答えが得られていない。科学者たちは室内を安全にするために、さまざまな検討を行っている。

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INA FASSBENDER/AFP/GETTY

Nature ダイジェスト Vol. 18 No. 6 | doi : 10.1038/ndigest.2021.210620

原文:Nature (2021-04-01) | doi: 10.1038/d41586-021-00810-9 | Why indoor spaces are still prime COVID hotspots

Dyani Lewis

クイーンズランド工科大学(オーストラリア・ブリスベン)のエーロゾル(エアロゾル)研究者であるLidia Morawskaは、外出時には靴ほどの大きさのしゃれた装置を持っていく。二酸化炭素(CO2)モニターである。この装置は、彼女が訪れるレストランやオフィスについて、厳しい現実を教えてくれる。屋外の二酸化炭素濃度は400ppmをわずかに上回る程度だが、室内での数値は全然違うのだ。

天井が高く広々としたレストランは、いかにも風通しが良さそうだ。しかし、CO2モニターの数値が2000ppmまで跳ね上がることがある。この数値は、室内の換気が不十分で、新型コロナウイルス感染症(COVID-19)に感染する恐れがあることを示している。専門家のMorawskaでさえ、こうした見た目にだまされることがあるという。「一般の人々はこのことを知りません」。

同様の携帯型CO2モニターで測定を行った他の研究者らによると、多くの国のカフェや幼稚園でも状況は変わらないという。重症急性呼吸器症候群コロナウイルス2(SARS-CoV-2)の撲滅を願う人々にとっては悪いニュースだ。

換気の悪い室内空間は感染のホットスポットになり得ると、保健当局は指摘し続けてきた。そして2021年3月1日、ついに世界保健機関(WHO)が換気の改善に向けたロードマップを発表した。このロードマップでは、事業所などが換気を改善して建物の中を安全にできるように、具体的な目標と方法が示されている1。Morawskaも策定メンバーの1人である。

しかし、デルフト工科大学(オランダ)の建築工学者Philomena Bluyssenは、実際にやるべきことはもっと多いと言う。「WHOの指針が定めているのは最低限のことです」。

Bluyssenらは、各国政府が室内空間を安全にするための明確な指針や資金を人々に提供していないことを批判している。そのせいで、学校の生徒からオフィスワーカーやレストランの客や囚人に至るまで、多くの人々が感染の危険にさらされていると考えている研究者もいる。

Philomena Bluyssen(右)らは室内の空気の動きを調べ、ウイルス粒子の動きをシミュレーションした。 | 拡大する

DELFT UNIVERSITY OF TECHNOLOGY

一方、室内空気質(indoor air quality;IAQとも呼ばれる)の問題は容易には解決できず、換気や空気浄化により室内を安全にする正しい方法はまだ分かっていないとする声もある。クレムソン大学(米国サウスカロライナ州)の建築工学者で、病院の室内空気質と換気について研究しているEhsan Mousaviは、「問題は複雑で、簡単な助言をいくつか与えれば解決するようなレベルではありません」と言う。

しかし室内、中でも常に人がいる空間や食事の際にマスクを外す空間などでは安全のために換気の徹底が重要であり、それに関しては十分な知見が得られているので、当局は換気の徹底について明確なメッセージを出すべきだと、多くの専門家が述べている。

遅かった認識

WHOは2020年1月末、COVID-19に関して「国際的に懸念される公衆衛生上の緊急事態(PHEIC)」を宣言した(2021年4月号「世界のパンデミック警報システムが機能不全に陥った理由」参照)。その2カ月後の3月28日には、TwitterとFacebook上で「事実:#COVID19は空気感染しない」と投稿し、空気感染するという主張は虚偽だと断定するメッセージを発信した。しかし、その後すぐにウイルスが空気感染する証拠が確認され、WHOは研究者から激しく批判されることになった。

さらに約3カ月後の2020年7月、WHOは人々が密集する状況で空気感染が起こり得ることを認め、SARS-CoV-2の伝播に関する勧告を改めた。「混み合い、換気の不十分な空間で、感染者と長い時間一緒に過ごす場合には、空気感染が起こる可能性を否定できない」としたのだ。

香港大学の建築環境工学者のYuguo Liは、WHOやその他の保健当局が空気感染を認めるまでにこれほど時間を要したことに失望している。「もっと早く空気感染を認めていれば、多くの人を救えたはずです」。

こうした批判に対して、WHOのある広報担当者は、WHOはパンデミック(世界的大流行)の初期から換気の重要性について言及していたと主張している。

しかし、WHOの見解からは、同機関の認識がいまだに不十分であることが透けて見えるという指摘もある。ハーバードT.H.チャン公衆衛生大学院(米国マサチューセッツ州ボストン)の環境疫学者Joseph Allenは、「最も重要なのは空気感染です。だからこそ、換気をしたり空気清浄機を使用したりして建物を管理すべきなのです」と言う。

SARS-CoV-2に感染する可能性を減らすためには、室内空気質を改善する手段が重要であるのに、WHOをはじめとする保健当局はそのことを明確にできていない、と批判するのは、コロラド大学ボールダー校(米国)の大気化学者Jose-Luis Jimenezだ。「彼らは、室内空気質の改善がいかに重要であるかを強調していません。WHOは事実を伝えなければいけません。ウイルスは空気を介して広がり、私たちはそれを吸い込んでいるのです」。

WHOが空気感染について強いメッセージを出せば、各国の保健当局も意識するようになるはずだと、Jimenezは言う。オーストラリアやオランダなどはいまだに、SARS-CoV-2の伝播に空気感染が重要な役割を果たしていることを公式の声明において認めていない。

2021年に入ると、換気への懸念は沸点に達した。カナダ、米国、オーストラリア、コロンビア、英国の政府関係者に、室内空気質の悪さなどの問題への対処を求める公開状が作成され、多くの医療従事者や科学者、工学者、労働安全衛生の専門家が署名したのだ。これらの一斉キャンペーンを受け、地方政府や中央政府はSARS-CoV-2の空気感染を減らすための対策に乗り出した。

Jimenezによると、問題の1つは、SARS-CoV-2が汚染された表面を介して人から人へ感染するのは稀であることが証明されているにもかかわらず、政府や企業がいまだに表面の消毒に莫大な費用を投じていることであるという。これに対して、室内空気質を改善するための対策に投資している国はほとんどない(2021年4月号「稀な接触感染、続く徹底消毒」参照)。

「表面を消毒するための努力の半分でも換気に回せば、非常に大きな効果が期待できます」とJimenezは言う。ドイツでは2020年10月に、学校や美術館、官公庁などの公共施設の換気を改善するために5億ユーロ(約660億円)の予算を計上した。

また、ドイツと韓国では、企業がウイルスを含んだエーロゾルを除去する携帯型空気清浄機を購入する際には、政府の助成金を申請することができる。米国の連邦政府は、病院などの医療機関に対してのみ室内空気質を改善するための資金援助を行っていたが、2021年3月11日に成立した「American Rescue Plan Act(米国経済救済法)」により、学校にも資金援助が行われることになった。

室内の空気が危ない

室内空間が危険なのは、感染者の呼気とともに吐き出されたウイルスが集積し、感染者と直接接触していない人にも感染する可能性があるからだ。その典型的な例が、2020年3月17日にベトナムのホーチミン市のバーで開かれた「聖パトリックの日」のパーティーで発生したクラスターだ。このパーティーで12人がSAR-CoV-2に感染したが、感染者と濃厚接触していたのは4人だけだった2。より新しいところでは、米国のハワイやシカゴ(イリノイ州)のジムでも、利用者同士が互いに距離を取り3、フィットネスクラスの定員に上限を設けていたにもかかわらず4、感染が発生している。

WHOが空気感染が起こり得ることを認めて以来、保健当局は人々が密集していて換気の悪い場所の危険性を強調してきた。しかし、この表現は誤解を招きやすいとMorawskaは言う。「人々が思い浮かべるのはバーのような場所でしょう。けれども実際には、どんな場所でも、密集が起きたり換気が悪くなったりするものなのです。人々はそのことに気付いていません」。

クイーンズランド工科大学のMorawskaのささやかなオフィスでも、誰かが訪ねてきてドアを閉めれば、すぐに換気が不十分になってしまうという。また、よく換気ができているように見える、広くて混雑していないレストランでも、実際にはそうではないことがある。

安価なCO2モニターを利用して、その数値を室内の換気が十分かどうかの目安にすることをJimenezらが推奨するのは、こうした理由からだ。「感染者がウイルスを含むエーロゾルを吐き出すとき、一緒にCO2も吐き出します。換気が不十分だと、ウイルスと一緒にCO2も溜まってきます」と彼は言う。Jimenezと彼の研究室に所属するZhe Pengは、室内のCO2濃度に応じてSARS-CoV-2の感染リスクが上昇することを明らかにし、プレプリント論文(未査読)を投稿した5

台湾やノルウェー、ポルトガルには、室内のCO2濃度の上限を1000ppmとする法律があるが、米国カリフォルニア州6とスペインのマドリード7で行われた研究によると、学校の教室のCO2濃度は頻繁にこの濃度を超えているという。教室のCO2濃度の高さは、集中力の低さと病欠の多さと関連付けられている6

Jimenezは、CO2濃度の上限を明確に定めることで、感染のリスクを減らすのに十分な換気を行うことが可能になると主張する。なお、彼の研究によると、一般的には上限は1000ppmではなく700ppmが望ましく、人々が大量の呼気を吐き出すジムのような場所ではさらに下げるべきであるという。

CO2モニターが問題解決に役立つという考えに否定的な人もいる。ミュンヘン連邦軍大学(ドイツ)でエーロゾルの生成とダイナミクスを研究している物理学者のChristian Kählerは、「CO2とウイルスの間に相関関係はありません」と批判する。CO2濃度を安全性の目安にしてしまうと、CO2濃度が低いときに人々に誤った安心感を持たせてしまう恐れがあると彼は指摘する。

一方Jimenezは、室内のCO2濃度は、換気が十分に行われているかどうかの簡便な指標になると主張する。2020年8月には欧州暖房換気空調協会(Federation of European Heating, Ventilation and Air Conditioning Associations;REHVA)もこれに同意し、換気が不十分になる恐れがある建物にCO2モニターを設置することを推奨した。

2020年末には、モントリオール(カナダ・ケベック州)の教師らがひそかに教室内のCO2濃度を測定し、その結果をメディアに公表した。同州政府は現在、公立学校内の全ての場所でCO2濃度を1000ppm以下にすることを目標とし、校内のCO2濃度をオンラインで公開しているが、こうした公的な取り組みは今のところ例外的だ。

基準を定めることの難しさ

換気の目標設定が難しい理由の1つに、室内でのウイルス伝播を許容範囲内に抑えるのに必要な換気量が明確でないことがある。Mousaviは、室内の空気の入れ替わり度合いの違いによって感染リスクがどのように変わってくるかを直接測定する実験は人々を危険にさらすことになるため、倫理的に許されないと説明する。

Philomena Bluyssenの研究チームは、室内のウイルス粒子の濃度が窓の開閉や空気清浄機の強度の違いによってどう変わるかを調べた。ウイルス粒子に見立てた微細なシャボン玉が部屋の中に溜まっている様子。

Delft University of Technology

室内空間にSARS-CoV-2が厳密にどのくらいあると感染が起こるかも不明である8。しかし、クラスターの状況を分析すれば、感染を引き起こすのにどのくらいの量のウイルスが吐き出される必要があるかを推測することができる。例えばJimenezらは、米国のスカジット・バレー(ワシントン州)の合唱団で発生したクラスター(リハーサルに参加した1人の感染者が、他の60人の参加者のうち52人に感染させたと考えられている)を詳細に分析することで、感染者が室内に吐き出した感染性ウイルスの量を推定している8

Jimenezは2020年6月に、さまざまな室内空間でマスクをしているときとしていないときの感染リスクの評価に役立つオンラインツールを公開した(査読は受けていない)。このツールにも同じ手法を用いている。感染リスクは、部屋の広さ、室内にいる人数、人々の行動に基づいて計算される。人々が歌っているか、トレッドミルで走っているか、静かに座っているかによって、ウイルス吐出量が違ってくるからである。

WHOは、医療施設での病原体の伝播を防ぐためには、最低でも1時間当たり6〜12回の空気交換(室内の全ての空気を入れ替えること)を推奨しているが、他の場所についてはこれより少ない。米国暖房冷凍空調学会(American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers;ASHRAE)が定める換気規格の場合、その最低基準として推奨されている空気交換の目標は、家庭では1時間当たり0.35回、オフィスでは2〜3回、学校では5〜6回、病院では6〜12回という少なさである。

コンコルディア大学(カナダ・モントリオール)の機械工学者であるLiangzhu(Leon)Wangは、この最低限の基準でさえ、満たされることはほとんどないと言う。専門家らは、感染のリスクを減らすためにはより頻回の換気が必要だとしているが、その回数については意見が分かれている。Allenは、学校の場合、屋外の空気の取り込みに、フィルター式空気清浄機や補助的な空気浄化技術を組み合わせることで、1時間に4〜6回の空気交換を行うことを推奨している。一方Kählerは、1時間当たり最低6回の空気交換を推奨している。

Wangらは、学校での感染リスクを低減するためにどの程度の換気が必要かを見積もるため、モントリオールの3つの学校で教室の換気回数(単位時間当たりに空気交換が行われた回数)を測定した。窓を開けた教室に20人の生徒と1人の教師がいる場合、1時間当たりの空気交換は0.5回以下で、同様の条件で機械換気を行っていた場合は1時間当たり2回の空気交換ができていた9。それでも、感染再生産数を1未満にするには不十分だ。感染再生産数が1未満とは、1人の感染者が他の1人未満の人にウイルスを伝播することを意味し、このレベルになるとパンデミックは収束し始める。Wangの分析9はまだ査読を経ていないが、このような条件下で感染再生産数を1未満にするためには1時間当たり3~8回の空気交換が必要だという。

Wangは、標準的な換気回数では不十分だと言う。彼と同僚らは、別のプレプリント論文で、レストランのように人が密集している場所では、屋外の空気を取り込む量を2倍にすると感染リスクは最大35%減少すると推定している。しかし、倉庫のようにあまり人がいない広い場所では、同じ対策をしても効果ははるかに小さく、感染リスクは0.1%程度しか下がらない10。彼らの分析からは、室内でマスクを着用することは空気交換以上に効果的であることも分かっている。Wangによると、マスクを着用するとウイルスの吐出量を発生源の段階で減らせるため、感染リスクを60%以上も下げるという。

感染の危険性は、表面を介した接触よりも、部屋に残ったエーロゾル(エアロゾル)を吸い込む方がはるかに高い。しかし、部屋の空気を全て入れ替えるのは簡単ではないため、人々は表面の消毒に費用と労力をかけてきた。 | 拡大する

Suwinai Sukanant/EyeEm/Getty

空気を浄化する

保健当局が推奨する換気を改善する最も簡単な方法は、窓を開けることである。けれどもKählerは、窓を開けることは何もしないよりはましだが、部屋を通り抜ける風が吹いていない場合には、室内と屋外の空気を十分に入れ替えることはできないという。

Kählerらが大学の講義室の空気の入れ替わりを測定したところ、授業の合間に数分間窓を開けた程度ではウイルスの大半がそのまま残ってしまうことが分かった11。Kählerはこのプレプリント論文で、2つの窓を開けて室内を風が通り抜けるようにする方法でHVAC(heating, ventilation and air-conditioning;暖房・換気・空調)システムと同等の換気をするには、室内にいる時間の3分の2は窓を開けている必要があるとしている。しかし、外が暑かったり寒かったりすれば、助言に従うのは難しいだろう。「このやり方で有効な場合もありますが、常にというわけではありません」と彼は言う。

自然換気より良いのは機械換気だ。ウイルスを含まない屋外の空気を取り込み、ウイルスに汚染された室内の空気を排出することで、室内のウイルスを薄めることができる。2020年4月、ASHRAEとREHVAはHVACシステムの設定について、できるだけ多くの外気を取り込むようにすることと、内気をフィルターに通してから再循環させることを推奨した。

しかしKählerによると、ドイツのような比較的温和な気候の地域では、外気取り入れ量を100%にできるほど強力なHVACシステムを備えた建物はほとんどないという。世界中のオフィスや教室の大半は、外気の割合は20%程度で、残りは冷暖房のエネルギー消費を抑えるために内気を再循環させている。

これに対してLiは、単純に機械換気を強化すればいいというものではないと考えている。環境への負荷が増加するため、人々はそれを続けることを躊躇するからだ。コロナ対策のために強化された換気システムは、パンデミックの脅威が去れば元に戻されるだろう。それならば、室内の人数を制限し、危険な行動を抑制する方がよいという。「叫ばない、歌わない、走らない」が、彼の助言だ。

建物の換気を強化することのもう1つの欠点は不快な気流と騒音だと、Bluyssenは言う。「換気システムの性質上、これらは避けられないものです」。

Kählerは、空気中のウイルスや種々の汚染物質を除去する携帯型空気清浄機は、対策の一環として容易に導入することができ、外気を取り込んで余分な冷暖房を行うよりもエネルギー効率が高いかもしれないと考えている。HVACシステムのフィルターも、再循環する空気を浄化することができる。

Bluyssenらは、制御された環境でHEPAフィルター(high-efficiency particulate air filter;高効率微粒子捕集エアフィルター)を装着した空気清浄機の試験を行った。空気清浄機がエーロゾルを模したシャボン玉を除去する性能は、いくつかのシナリオでは、換気システムよりも優れていた12。ただし、空気清浄機が発する騒音と不快な気流は、最弱の設定であっても欧州とオランダの基準で推奨されている許容レベルを超えていた。

現在のシステムの欠点に対処するためには革新が必要だとBluyssenは言う。「シンプルで手頃な費用でできる解決策を探す必要があります」。彼女が考えているのは1人用換気システムだ。例えば、人が吐き出した息を吸い込み、それをフィルターで浄化して戻すシステムを座席に取り付けるという。「あらゆる可能性があります」。

Mousaviは、既に使用されているシステムについてよく分からない点があることが最大の問題だと考えている。ASHRAEやWHOなどの機関が明確な科学的根拠に基づいて推奨を行うためには、「これらの技術やその仕組みをもっとよく知る必要があります」と彼は言う。

ワクチン接種が進んで感染リスクが下がってきた2021年現在、室内空気質を改善するチャンスは狭まってきているとMorawskaは言う。「こうした機会はまだ過ぎ去ってはいません。しかし、来年では遅過ぎるかもしれません」。

研究者らは、換気に力を入れておけば、次のパンデミックが発生したときだけでなく、特定の感染症が流行していないときでも恩恵があるという。「以前から、室内空気質は非常に悪い状態が続いています」とBluyssenは言う。「パンデミック時だけでなく将来にわたって室内環境の質を向上させるのに、今は好機なのです」。

(翻訳:三枝小夜子)

Dyani Lewisは、オーストラリア・メルボルン在住のフリーランスの科学ジャーナリスト。

参考文献

  1. World Health Organization. Roadmap to Improve and Ensure Good Indoor Ventilation in the Context of COVID-19 (WHO, 2021); available at https://go.nature.com/3rims9p.
  2. Chau, N. V. V. et al. Emerg. Infect. Dis. 27, 310–314 (2021).
  3. Groves, L. M. et al. Morb. Mortal. Wkly Rep. 70, 316–320 (2021).
  4. Lendacki, F. R., Teran, R. A., Gretsch, S., Fricchione, M. J. & Kerins, J. L. Morb. Mortal. Wkly Rep. 70, 321–325 (2021).
  5. Peng, Z. & Jimenez, J. L. Preprint at medRxiv https://doi.org/10.1101/2020.09.09.20191676 (2021).
  6. Mendell, M. J. et al. Indoor Air 23, 515–528 (2013).
  7. Health and Environment Alliance. Madrid: Healthy Air, Healthier Children (HEAL, 2019); available at https://go.nature.com/3soxy3b.
  8. Miller, S. L. et al. Indoor Air 31, 314–323 (2021).
  9. Hou, D., Katal, A. & Wang, L. Preprint at medRxiv https://doi.org/10.1101/2021.01.29.21250791 (2021).
  10. Katal, A., Albettar, M. & Wang, L. Preprint at medRxiv https://doi.org/10.1101/2021.01.19.21250046 (2021).
  11. Kähler, C. J., Fuchs, T. & Hain, R. Preprint at https://doi.org/10.1101/2021.03.17.21253800 (2021).
  12. Bluyssen, P. M., Ortiz, M. & Zhang, D. Build. Environ. 188, 107475 (2021).

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Nature ダイジェスト Online edition: ISSN 2424-0702 Print edition: ISSN 2189-7778

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